RustEmb_2.HelloWorld

小灰灰 2023-02-21 09:16 17阅读 0赞

# 说明 #

在传统的C编写STM32代码时，有两种使用方式：寄存器版本和HAL库版本。  
使用Rust编写时也一样，你需要考虑使用寄存器版本或者HAL库版本。

# toolchain与STM32对应关系 #

使用Rust编写实质上是将Rust代码编译为无STD库的arm平台代码（二进制，汇编为arm指令集），然后将其中的代码段根据嵌入式硬件的要求，写入到芯片中，从而实现在STM32中跑RUST的效果。

我们这里使用的芯片STM32F407ZGT6 是一颗Cortex-M4架构的芯片，其对应RUST toolchain关系为：

# target = "thumbv6m-none-eabi"    # Cortex-M0 and Cortex-M0+
    # target = "thumbv7m-none-eabi"    # Cortex-M3
    # target = "thumbv7em-none-eabi"   # Cortex-M4 and Cortex-M7 (no FPU)
    # target = "thumbv7em-none-eabihf" # Cortex-M4F and Cortex-M7F (with FPU)

# 准备工作 #

本章节以LED闪烁为目标，尝试编写代码。

> 其中，IO使用GPIOF的Pin9和Pin10。

使用Cargo工具创建一个bin项目，名字为stm32app, 然后在根目录添加一个文件memory.x

MEMORY
    {
      /* NOTE 1 K = 1 KiBi = 1024 bytes */
      FLASH : ORIGIN = 0x08000000, LENGTH = 512K
      RAM : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 100K
    }

特别注意FLASH和RAM值的大小，只能比真实的小，不能比真实的大。  
**这里的memory.x是为未来使用的一个库`cortex-m-rt`准备的。**

编译时，使用如下命令行：  
`cargo build --release --target=thumbv7em-none-eabihf -C link-arg=Tlink.x`  
其中，target可以是v7m或者v7em中任何一个，但是不能是v6m.

就和使用C写代码一样，我们完全可以全手工构造寄存器映射关系，然后进行读写，但是为了方便，我们使用开源的库加快我们的代码速度。

其中，寄存器版本主要依赖 [stm32f4][] 这个库，而HAL版本依赖[stm32f4xx-hal][]。

他们没有本质上的区别，只是寄存器版本库对寄存器操作简单明了，而HAL版本集成程度更高一点，你可以根据自己的情况进行选择。

# 寄存器版本 #

Cargo.toml文件

[dependencies]
    cortex-m = "*"
    cortex-m-rt = "*"
    cortex-m-semihosting = "*"
    panic-halt = "*"
    
     [dependencies.stm32f4]
     features = ["stm32f407", "rt"]
     version = "*"

main.rs

#![no_std]
    #![no_main]
    
    extern crate stm32f4;
    extern crate panic_halt;
    extern crate cortex_m_rt;
    
    use cortex_m_rt::entry;
    use stm32f4::stm32f407;
    
    // use `main` as the entry point of this application
    #[entry]
    fn main() -> ! {
        // get handles to the hardware
        let peripherals = stm32f407::Peripherals::take().unwrap();
    
        let pf = &peripherals.GPIOF;
        let rcc = &peripherals.RCC;
    
        // enable system clock RCC for gpiof
        rcc.ahb1enr.write(|w|{
            w.gpiofen().set_bit()
        });
    
        // config GPIOF pin9 and pin10 for led
        {
            // 1. mode 01 通用输出
            pf.moder.write(|w|{
                w.moder9().output()
                    .moder10().output()
            });
            // 2. otype 0 推挽输出
            pf.otyper.write(|w|{
                w.ot9().push_pull()
                    .ot10().push_pull()
            });
            // 3. ospeed 10, 50MHz high speed
            pf.ospeedr.write(|w|{
                w.ospeedr9().high_speed()
                    .ospeedr10().high_speed()
            });
            // 4. pup 01， 上拉
            pf.pupdr.write(|w|{
                w.pupdr9().pull_up()
                    .pupdr10().pull_up()
            });
            // 5. idr/odr/bsrr
            // by condition to read or set
            pf.odr.reset();
        }
    
        loop{
            pf.odr.write(|w| {
                w.odr9().set_bit()
                    .odr10().clear_bit()
            });
            // 这个延时不准，只用来演示使用
            cortex_m::asm::delay(168*10000*3);
    
            pf.odr.write(|w| {
                w.odr9().clear_bit()
                    .odr10().set_bit()
            });
            cortex_m::asm::delay(168*10000*3);
        }
    }

使用准备工作中的命令行编译后得到一个stm32app的arm程序，  
通过`arm-none-eabi-objdump -f stm32app`就可以得到这个文件的详细头部信息了。

# HAL库版本 #

[dependencies]
    embedded-hal = "*"
    nb = "*"
    cortex-m = "*"
    cortex-m-rt = "*"
    # Panic behaviour, see https://crates.io/keywords/panic-impl for alternatives
    panic-halt = "*"
    
    [dependencies.stm32f4xx-hal]
    version = "*"
    features = ["rt", "stm32f407"] # replace the model of your microcontroller here

main.rs

#![deny(unsafe_code)]
    #![no_main]
    #![no_std]
    
    // Halt on panic
    // #[allow(unused_extern_crates)] // NOTE(allow) bug rust-lang/rust#53964
    extern crate panic_halt; // panic handler
    
    use cortex_m;
    use cortex_m_rt::entry;
    use stm32f4xx_hal as hal;
    
    use crate::hal::{prelude::*, stm32};
    
    #[entry]
    fn main() -> ! {
        if let (Some(dp), Some(cp)) = (
            stm32::Peripherals::take(),
            cortex_m::peripheral::Peripherals::take(),
        ) {
            // Set up the LED. On the Nucleo-446RE it's connected to pin PA5.
            let gf = dp.GPIOF.split();
    
            let mut led = gf.pf10.into_push_pull_output();
    
            // Set up the system clock. We want to run at 48MHz for this one.
            let rcc = dp.RCC.constrain();
            let clocks = rcc.cfgr.sysclk(168.mhz()).freeze();
    
            // Create a delay abstraction based on SysTick
            let mut delay = hal::delay::Delay::new(cp.SYST, clocks);
    
            loop {
                // On for 1s, off for 1s.
                led.set_high().unwrap();
                delay.delay_ms(500_u32);
                led.set_low().unwrap();
                delay.delay_ms(500_u32);
            }
        }
    
        loop {}
    }

使用准备工作中的编译指令就可以得到同样的stm32app程序。

# 生成HEX/BIN文件 #

首先，上一步中生成的是一个arm程序，不是单片机可识别的HEX或者BIN程序，我们需要使用工具进行提取/转换:

*  bin文件 `arm-none-eabi-objcopy -O binary stm32app stm32app.bin`
 *  hex文件 `arm-none-eabi-objcopy -O ihex stm32app stm32app.hex`

其中，相比BIN文件，HEX文件多了机器码的存储地址等信息，建议转换为HEX文件进行下载。

# 下载 #

下载前，请确保开发板USB已经接好，并且CH340驱动成功，能在设备管理器里面找到对应的COM口。

下载STM32 HEX文件有很多方式，我们是借助串口进行ISP下载，这里需要用到一些工具：

1.  FlyMcu  
    这个软件比较古老，但是基本能用。缺点是下载失败率较高，建议波特率不要超过76800.
2.  PZ-ISP  
    这个是买开发板提供的下载工具，比较推荐，成功率很高，不容易出问题。
3.  STM32 ISP下载工具  
    这个据说是STM32专供的，没怎么使用。

以上工具使用方法建议自己查询，方法都比较简单。

注意：  
如果使用J-Link进行下载需要配合OpenOCD使用，此方法比较复杂，建议有需求了再尝试。

# 总结 #

RUST编写STM32程序十分简单，并且下载过程需要借助arm工具集进行代码转换，其他的与普通方式一样。

目前，ISP下载无法进行调试，如有需要，建议使用串口功能进行交互，OpenOCD+J-Link理论上可行，但是因为涉及指令较多，这里不做讨论和尝试。

当然，使用RUST开发处理需要RUST基础知识之外，还需要对STM32本身有深入的理解，此方面的知识建议学习正点原子的教材：  
[手把手教你学STM32 系列视频之 STM32F4-基于探索者F407][STM32 _ STM32F4-_F407]

只有对C编写STM32程序有了基础的认知，才有可能编写出高质量的RUST代码。

有人说，既然这样，我为什么要用RUST写嵌入式？

1.  RUST本身语言特性比C更安全，规范，可以写出高质量的代码。
2.  RUST工具集本身可实现更高层次的抽象，用高阶语言写嵌入式代码可实现更复杂的功能和复用。
3.  因为我喜欢RUST呀(*\_*)

其实，由于我们使用的是arm芯片，可以上一些RTOS或者Linux系统，未来我们也可以在这些系统的基础上进行更深入的开发实践，这时候，RUST就是一个比较好的选择。

RUST官方对于嵌入式领域也很感兴趣，有专门的团队进行此方向的维护，再加上这个语言本身的特性，我相信未来它的工具链和生态会更加完善，最终与C一教高下。

说到底，这里只是进行RUST嵌入式开发的一个学习和实践，不要问太多问什么，喜欢就好。

[stm32f4]: https://lib.rs/crates/stm32f4
[stm32f4xx-hal]: https://lib.rs/crates/stm32f4xx-hal
[STM32 _ STM32F4-_F407]: https://www.bilibili.com/video/BV1Rx411R75t